文/Sally Cole Johnson

图1：国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员Tim Silverman和Nicole Luna正在查看PLatypus生成的数据，该数据与Flatirons校区的光伏系统相连。（图片来源：NREL）

为了帮助解决人类面临的巨大气候变化问题，我们需要建造大量的太阳能发电厂。这些发电厂可以产生廉价、清洁的电力，但前提是它们能够长期可靠地运行。

因此，美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）的高级科学家Tim Silverman和同事们正在通过Platypus系统检测现有太阳能电池中的问题。PLatypu是一套相机系统，旨在检测现场光伏模块中不可见的隐形问题。

Platypus系统对光致发光进行成像，当光被吸收并以更长的波长重新发射时，就会发生光致发光。太阳能电池表现出光致发光，重新发射的光越强，太阳能电池的质量就越好。

“当太阳能电池内部因恶劣的冰雹天气而破裂时，我们无法用眼睛看到裂缝。”Silverman介绍说，“但是裂纹产生了两个新的界面，电荷载流子倾向于以一种不产生光的方式重新结合。因此，当我们拍摄光致发光的照片时，存在裂纹的区域显示得比周围区域更暗。”

创建光致发光图像

为了创建光致发光图像，研究人员将单色光照射到太阳能电池板上，并用相机收集重新发射的光。最好在晚上进行这项操作，以避免阳光照射。

Silverman说：“光致发光强度比入射光暗得多，所以我们需要设计一个能够发射大量光、并收集波长偏移后返回的少量光的系统。”

它需要强大的LED、灵敏的相机和滤镜，来防止原始光线出现在图像中。Silverman说：“在很长一段时间内，这都是一项在实验室中进行的小规模测量。但幸运的是，随着主要器件变得更好、更便宜，太阳能电池的光致发光强度也越来越强，这使得我们今天能够以大规模、低成本的方式做到这一点。”

尽管大多数太阳能发电厂运行良好，但研究人员还是设计了他们的PLatypus工具来检测太阳能电池板中存在的隐形故障。

Silverman说：“我一直认为光致发光成像是实验室中使用的一种专门技术。后来我的朋友Will Hobbs在他的车库里使用从网上订购的产品做了这件事，这真是一个惊喜。我们意识到可以把车库里的装置应用到真正的发电厂中使用。”

图2：国家可再生能源实验室的研究人员Tim Silverman、Nicole Luna、Byron McDanold和Josh Parker在Flatirons校区的光伏系统中，测试了Platypus系统的原型。（图片来源：NREL）

研究人员面临的一项有趣的挑战是，在他们第一次全面演示的中途，天开始下雪了。Silverman和同事们没有一个简单的方法来重新安排他们的演示，所以他们只能一边演示一边清理太阳能电池板上的雪。事实证明，他们的概念验证原型是防雪的。

“通过原型验证表明，我们的技术是可行的，而且成本和系统复杂性都比较合理。”Silverman表示，“但目前它并不是一个用户友好的日常使用工具。在未来的项目中，我们希望制作一个新版本。然后，人们可以使用Platypus自行检查，这样他们就不用担心发电厂是否存在看不见的隐形损坏了。”